加密算法 — — 对token进行非对称加密【RSA】

傷城~ 2024-04-08 13:32 85阅读 0赞

## RSA对token加密 ##

### 1 概念 ###

相关概念：

*  明文：未被加密过的数据
 *  密文：明文被某种加密算法加密后，就会变成密文
 *  密钥：一种参数，明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为：对称密钥和非对称密钥，分别用在对称加密和非对称加密中。

#### 1.1 对称加密算法(私钥加密) ####

> 所谓对称就是指加密和解密都是使用同一个钥匙（密钥）  
> 例如：  
> ①小明要传递一个信息A给小红：A + B = C（小明通过对信息A进行加密后，得到信息C传给小红）  
> ②小红拿到信息C后，C - B = A（小红拿到数据后，用密钥B进行解密，得到初始信息A）

特点：  
算法公开、加密和解密速度快，适合对大数据量进行加密；但是与非对称加密相比，安全性降低

#### 1.2 非对称加密算法 ####

> 非对称加密也要公钥加密。与对称加密相比，安全性更好。对称加密的通信双方使用相同的秘钥，如果任意一方的密钥被泄露，整个通信就会被破解。  
> 非对称加密使用的是一对密钥，即公钥和私钥，且二者成对出现。私钥被自己保存，不能对外泄露。公钥指的是公共的密钥，任何人都可以获得该密钥。用公钥或私钥中的任何一个进行加密，用另一个进行解密。  
> 过程：  
> 明文 + 加密算法 + 公钥 = 密文； 密文 + 解密算法 + 私钥 = 明文

例子：

1.  小明对小红说，我这里有箱子A（对应钥匙A），我把A箱子给你（箱子A没锁），钥匙不给你，你给我发的信息放在箱子A里，锁起来，然后我自己用钥匙A就能打开来看。
2.  小红对小明说，我这里有箱子B（对应钥匙B），我把B箱子给你（箱子B没锁），钥匙不给你，你给我发的消息放在箱子B里，锁起来，然后我自己用钥匙B就能打开来看。

#### 1.3 加密算法比较 ####

加密算法分为：对称加密和非对称加密【此外还有一类**不需要密钥**的**散列**算法】

常见的对称加密算法：DES、3DES、AES、HS256  
常见的非对称加密算法：RSA、DSA  
散列算法：SHA-1、MD5

### 2 实际应用 ###

#### 2.1 典型对称加密算法(以HS256为例) ####

见文章：  
https://blog.csdn.net/weixin\_45565886/article/details/126557256?spm=1001.2014.3001.5501

企业中开发代码：

package com.zi.api.commons.util;
    
    import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;
    import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
    import io.jsonwebtoken.*;
    
    import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
    import javax.xml.bind.DatatypeConverter;
    import java.security.Key;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    
    /**
     * 生成jwt工具类
     */
    public class JJWTRootUtils {
        
    
        //定义对应的编码算法
        static SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;
        //盐值
        static String secretKey = "d8de020f63754a9fa746ea74b831afc3";
    
        //获取key（指定算法和盐值的key对象）
        private static Key generateKey(){
        
            //将盐值转成字节
            byte[] bytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(secretKey);
            //根据算法和盐值生成对应的key值
            Key key = new SecretKeySpec(bytes, signatureAlgorithm.getJcaName());
            return key;
        }
    
        /**
         * 将我们的数据使用JWT的方式变成一个token xxx.yyy.zzz
         * @param payLoad   负载（数据信息）
         * @return
         */
        public static String generatorToken(Map<String, String> payLoad){
        
            ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
            try{
        
                //构建jwt生成器
                JwtBuilder builder = Jwts.builder();
                //将负载信息设置到jwt生成器中
                JwtBuilder jwtBuilder = builder.setPayload(objectMapper.writeValueAsString(payLoad));
                //根据签名算法和key值，生成新的jwtBuilder
                JwtBuilder jwtBuilder1 = jwtBuilder.signWith(signatureAlgorithm, generateKey());
                String token = jwtBuilder1.compact();
                return token;
            } catch (JsonProcessingException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    
        /**
         * 根据指定的token, 返回对应的body信息
         * @param token
         * @return
         */
        public static Claims phaseTokenGetBody(String token){
        
            JwtParser jwtParser = Jwts.parser().setSigningKey(generateKey());
            Jws<Claims> claimsJws = jwtParser.parseClaimsJws(token);
            Claims body = claimsJws.getBody();//主要存放的信息
            return body;
        }
    
        /**
         * 根据指定的token获取签名信息
         * @param token
         * @return
         */
        public static String phaseTokenGetSignature(String token){
        
            JwtParser jwtParser = Jwts.parser().setSigningKey(generateKey());
            Jws<Claims> claimsJws = jwtParser.parseClaimsJws(token);
            String signature = claimsJws.getSignature();
            return signature;
        }
    
    
        /**
         * 根据指定的token获取头信息
         * @param token
         * @return
         */
        public static JwsHeader phaseTokenGetHeader(String token){
        
            //获取解析器
            JwtParser parser = Jwts.parser();
            //设置签名key（盐值）
            parser = parser.setSigningKey(generateKey());
            //解析token
            Jws<Claims> claimsJws = parser.parseClaimsJws(token);
            JwsHeader header = claimsJws.getHeader();
            return header;
        }
    
    
        public static void main(String[] args) {
        
            //随机获取盐值
    //        System.out.println(UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", ""));
            Map<String, String> payLoad = new HashMap<>();
            payLoad.put("name", "curry");
            String s = generatorToken(payLoad);
            //eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoiY3VycnkifQ.Sf3GiF3p56nLzoAxEHLXcAckPmmPTtecj1_lGT9oV8s
            System.out.println(s);
    
            //调用自定义API获取结果
            Claims claims = phaseTokenGetBody(s);
            //{name=curry}
            System.out.println(claims);
        }
    
    }

#### 2.2 典型非对称加密算法（以RSA为例） ####

##### 2.2.1 概念介绍 #####

RSA算法

> RSA算法 的保密强度随其密钥的长度增加而增强。但是，密钥越长，其加解密所耗用的时间也越长。

*  RSA加密算法是目前最右影响力的公钥加密算法，且被普遍认为是最优秀的公钥方案之一。
 *  RSA是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已经被ISO推荐为公钥数据加密标准。
 *  RSA核心思想：将两个大素数相乘十分容易，但是要想对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

##### 2.2.2 具体实现（企业中工具类编写格式） #####

###### 2.2.2.1 RSAUtil编写 ######

> 首先编写RSAUtil工具类，用于生成RSA的公钥私钥

//RSA是一种非对称加密算法【公钥、私钥】
    public class RASUtil {
        
    
        /**
         * 生成一对公私钥
         */
        public static void generatorKey() throws NoSuchAlgorithmException {
        
    
            //构建一个生成公私钥 RAS算法生成的对象
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    
            //初始化生成器 keySize：512起
            keyPairGenerator.initialize(512, new SecureRandom());
    
            //密钥对
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
    
            //获取私钥
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
    
            //获取公钥
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
    
            //获取私钥字符串
            String privateKeyStr = new String(Base64.encodeBase64(privateKey.getEncoded()));
            String publicKeyStr = new String(Base64.encodeBase64(publicKey.getEncoded()));
    
            System.out.println("privateKeyStr:" + privateKeyStr);
            System.out.println("publicKeyStr:" + publicKeyStr);
            //privateKeyStr:MIIBUwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT0wggE5AgEAAkEAhUfkmkFtrOlFiX8FmHiYx9mAPpfTA6oKE6VgFLDNQzYO1YMugA0ACChp6n3hfDWOp3XgWWRVmzU+z30h+01lyQIDAQABAkBtvjvKlDNFnDJou9GUsUBD1qDVaVgT/VAcyyApCUeKnehPLMISa5JBTUpJ03cMPh3hV7q4OJQweM7nuJ+GXcCBAiEAx5xHdUM3XnFZ6aQnAvKzPWqV/eqpDRj9aSFiR/vbJ3kCIQCq7rDN2qs1DUo8XS2WcbBOFLMU+uHDuV8rigFe0yyM0QIgfQ5hCotRDh9P6HwKYONy/kBftlQlE2qboRjkPRsCQ2kCIBUoVlokpux6KKYwImRszhXcGg6Ov0Mqvsz02BaUrP8BAiBrxV/0jPm2pr3GJXW5MHhJ4a2LrkYFfWdHQx+gpSJESg==
            //publicKeyStr:MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAIVH5JpBbazpRYl/BZh4mMfZgD6X0wOqChOlYBSwzUM2DtWDLoANAAgoaep94Xw1jqd14FlkVZs1Ps99IftNZckCAwEAAQ==
    
        }
    
    
        public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        
            generatorKey();
        }
    }

注意：企业中工具类中一般是没有main方法的，此处只是为了方便测试

###### 2.2.2.2 JWTAuth0Util工具类编写【包含对称加密与非对称加密】 ######

一般包含方法：

*  String genTokenRAS(Map<String, String> payload)：基于RSA加密生成token
 *  DecodedJWT decodedRSA(String token)：基于RSA解密生成DecodedJWT
 *  String getToken(Map<String, String> payload)：获取token
 *  DecodedJWT decodedJWT(String token)：解析token

###### ①非对称加密：根据RSA加密生成token ######

/**
       * 根据RSA算法加密生成token
       * @param payload
       * @return
       */
      public static String genTokenRAS(Map<String, String> payload){
        
          //指定过期时间 【3天】
          Calendar calendar = Calendar.getInstance();
          calendar.add(Calendar.DATE, 3);
    
          //获取一个构建对象【静态内部类】
          JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
    
          //将信息、数据（body）信息放到需要的claim里面
          payload.forEach((k, v) -> builder.withClaim(k, v));
    
          //通过hutool工具类来创建RSA对象
          RSA rsa = new RSA(PRIVATE_KEY_STR, null);
    
          //获取私钥
          RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey();
    
          String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.RSA256(null, privateKey));
          return token;
      }

###### ②非对称加密：根据RSA解密token ######

/**
      * 使用RSA的方式来解密
      * @param token
      * @return
      * 根据不同的异常来判断当前token到底是什么情况
      */
     public static DecodedJWT decodedRSA(String token){
        
         //通过公钥获取我们的RSA的公钥对象
         RSA rsa = new RSA(null, PUBLIC_KEY_STR);
         RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey();
    
         //jwt的验证对象
         JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.RSA256(publicKey, null)).build();
         DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
         return decodedJWT;
     }

###### ③对称加密：HMAC256，定义盐值 ######

private static final String SECRET = "H2OJ20FC35APACHE";

###### ④对称加密：HMAC256，加密获取token ######

/**
      * 获取token
      * @param payload
      * @return
      */
     public static String getToken(Map<String, String> payload){
        
         //指定过期时间【3天】
         Calendar calendar = Calendar.getInstance();
         calendar.add(Calendar.DATE, 3);
    
         //获取一个构建对象【静态内部类】
         JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
    
         //将body信息放到我们需要生成的claim里面
         payload.forEach((k, v) -> builder.withClaim(k, v));
    
         //通过指定签名算法和过期时间生成一个token
         String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.HMAC256(SECRET));
         return token;
     }

###### ⑤对称加密：HMAC256，解密获取数据 ######

/**
      * 解析token
      * @param token
      * @return
      */
     public static DecodedJWT decodedJWT(String token){
        
         //构建一个验证jwt token的对象
         JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SECRET)).build();
         //验证以后获取信息的对象
         DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
         //返回信息对象
         return decodedJWT;
     }

##### 2.2.2.3 全部代码 #####

package com.zi.api.commons.util;
    
    import cn.hutool.crypto.asymmetric.RSA;
    import com.auth0.jwt.JWT;
    import com.auth0.jwt.JWTCreator;
    import com.auth0.jwt.JWTVerifier;
    import com.auth0.jwt.algorithms.Algorithm;
    import com.auth0.jwt.interfaces.DecodedJWT;
    import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
    import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
    import java.util.Calendar;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    
    /**
     * 加密解密token
     */
    public class JWTAuth0Util {
        
    
        private static final String SECRET = "H2OJ20FC35APACHE";
    
        //私钥和公钥
        private static final String PRIVATE_KEY_STR = "MIIBVAIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT4wggE6AgEAAkEAjX+A8rA2a8tJNQ2DK5pnfaXqHyv5iSG2KdWJk3GMkfN0VuEO/JvbM0ljQgi6/qPmgUIFgL65meavzJXDMr8IZQIDAQABAkEAh7JZdWRsLGAd6tT0kGJZEXSF3DMN8eb0jZYNg+sHRgdovJtlHZBTiMbSoQphvsYe8dBHplOjktzTipTe0y/rmQIhAMP13C1UFEPdFv9D6mFg+hehr0Jk+vcxOoGFA1o0vOz/AiEAuNnk/2etuErfNdgN9ujc88TAG2mpzBvyxpIHNQridpsCIC44dYBzjnwbT+tRt5zUZOjiCBae/tsDT4txNkM2oUE9AiBoN4jxKi36KlRAEiiFXXI9CV9Z1S/DALrWkzv2/sUBIwIgXgMe3SW4vML/ieQHIEmk+GhDD/NJad9Hs4HOBkNcA1I=";
        private static final String PUBLIC_KEY_STR = "MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAI1/gPKwNmvLSTUNgyuaZ32l6h8r+YkhtinViZNxjJHzdFbhDvyb2zNJY0IIuv6j5oFCBYC+uZnmr8yVwzK/CGUCAwEAAQ==";
    
        /**
         * 根据RSA算法加密生成token【非对称】
         * @param payload
         * @return
         */
        public static String genTokenRAS(Map<String, String> payload){
        
            //指定过期时间 【3天】
            Calendar calendar = Calendar.getInstance();
            calendar.add(Calendar.DATE, 3);
    
            //获取一个构建对象【静态内部类】
            JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
    
            //将信息、数据（body）信息放到需要的claim里面
            payload.forEach((k, v) -> builder.withClaim(k, v));
    
            //通过hutool工具类来创建RSA对象
            RSA rsa = new RSA(PRIVATE_KEY_STR, null);
    
            //获取私钥
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) rsa.getPrivateKey();
    
            String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.RSA256(null, privateKey));
            return token;
        }
    
        /**
         * 使用RSA的方式来解密【非对称】
         * @param token
         * @return
         * 根据不同的异常来判断当前token到底是什么情况【比如被伪造...】
         */
        public static DecodedJWT decodedRSA(String token){
        
            //通过公钥获取我们的RSA的公钥对象
            RSA rsa = new RSA(null, PUBLIC_KEY_STR);
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) rsa.getPublicKey();
    
            //jwt的验证对象
            JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.RSA256(publicKey, null)).build();
            DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
            return decodedJWT;
        }
    
    
        /**
         * 获取token【对称加密】
         * @param payload
         * @return
         */
        public static String getToken(Map<String, String> payload){
        
            //指定过期时间【3天】
            Calendar calendar = Calendar.getInstance();
            calendar.add(Calendar.DATE, 3);
    
            //获取一个构建对象【静态内部类】
            JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
    
            //将body信息放到我们需要生成的claim里面
            payload.forEach((k, v) -> builder.withClaim(k, v));
    
            //通过指定签名算法和过期时间生成一个token
            String token = builder.withExpiresAt(calendar.getTime()).sign(Algorithm.HMAC256(SECRET));
            return token;
        }
    
        /**
         * 解析token【对称加密】
         * @param token
         * @return
         */
        public static DecodedJWT decodedJWT(String token){
        
            //构建一个验证jwt token的对象
            JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(SECRET)).build();
            //验证以后获取信息的对象
            DecodedJWT decodedJWT = jwtVerifier.verify(token);
            //返回信息对象
            return decodedJWT;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            Map<String, String> map = new HashMap<>();
            map.put("helicopter", "apache");
            String rsaCodeStr = genTokenRAS(map);
            System.out.println("非对称加密后的token：" + rsaCodeStr);
            DecodedJWT decodedJWT = decodedRSA(rsaCodeStr);
            String rsaDecodeStr = decodedJWT.getToken();
            System.out.println("非对称解密后的token：" + rsaDecodeStr);
    
            String hmacCodeStr = getToken(map);
            System.out.println("对称加密后的token：" + hmacCodeStr);
            DecodedJWT decodedJWT1 = decodedJWT(hmacCodeStr);
            String hmacDeCodeStr = decodedJWT1.getToken();
            System.out.println("对称解密后的token：" + hmacDeCodeStr);
    
        }
    }